Bestehende Praxis
Geothermie
Geothermie ist nicht neu. Heiße Quellen werden seit vielen Jahrhunderten vom Menschen zur Beheizung von Wohnraum und Bädern genutzt.
Die erste bekannte Anwendung geothermischer Quellen zur Stromerzeugung ist der Generator von Larderello, Pisa, Italien im Jahr 1904.
Nikolai Tesla schrieb 1931 einen Artikel in einer amerikanischen wissenschaftlichen Zeitschrift mit dem Titel: „Our Future Motive Power“, in dem er analysierte, dass Strom, der mittels Erdwärme erzeugt wird, als zuverlässige Alternative zum Antrieb fossiler Motoren dienen kann.
In der heutigen Praxis wird Erdwärme durch Anbohren unterirdischer Warmwasserspeicher in 500 m bis 4.000 m Tiefe (Hydrothermalquellen) eingesetzt. Die Leistung ist jedoch begrenzt und hängt stark von der Qualität der angezapften Quelle ab.
Hot Dry rock
Die bisher fortschrittlichste Technologie ist das Enhanced Geothermal System (EGS), auch Hot Dry Rock (HDR) genannt.
Zwei Bohrlöcher werden bis zu einer Tiefe von ca. 4.000 m durchgeführt.
Große Mengen kalten Wassers werden durch das 1. Bohrloch injiziert, um ein künstliches unterirdisches Reservoir zu schaffen. Das Gestein zwischen den 2 Bohrlöchern wird durch „Fracturing“ porös gemacht, mit der Absicht, das von der Erde erwärmte Wasser durch das 2. Bohrloch (das Produktionsrohr) nach oben zu pumpen.
Die Temperatur, die durch die Anwendung dieser „Doublet“-Methode erreicht wird, beträgt maximal etwa 180 °C. Diese Erdwärme wird dann zur Stromerzeugung genutzt oder dient direkt als Prozesswärme für Fernwärme, Industrie und Landwirtschaft.
Doublet Methode
Die Doublet-Methode (siehe Abbildung) hat u. a. die folgenden Nachteile:
- die große Menge an injiziertem Wasser, die unerwünschte Erdrutsche und Erosion unter der Erde verursachen kann;
- die Verkalkung des unterirdischen porösen Gesteins, so dass das System im Laufe der Zeit verstopft;
- die Verwendung von Chemikalien zur Verhinderung von Verkalkung;
- die wirtschaftliche Verwundbarkeit, da es nur 1 Produktionsrohr gibt;
- die begrenzte Wirtschaftlichkeit aufgrund begrenzter Kapazitäten.
Schematische Darstellung einer typischen EGS-Anlage: Dublette
Schematische Darstellung eines Prototyps einer chinesischen Anlage
Prototyp
In China wurde kürzlich ein Prototyp teilweise auf Basis europäischer Technologie entwickelt, um die Nachteile der Doublet-Methode zu überwinden (siehe Abbildung).
Dabei kommt ein geschlossenes System zum Einsatz, bei dem die 2 Bohrlöcher mit einem Mantel versehen und miteinander verbunden werden. Im Mantel wird dann ein spezielles Rücklaufrohr installiert, das eine vorbereitete Prozessflüssigkeit enthält, um die Erdwärme richtig aufzunehmen und abzugeben.
Mit dieser Methode werden die Nachteile der Doublet-Methode teilweise beseitigt. Da es jedoch 1 Produktionsrohr gibt, ist die Kapazität auf etwa 10 MW begrenzt. Für Anwendungen im kleineren Maßstab eine gute Alternative.